JP2785637B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ加工装置に関し、
より詳しくは切断加工中の被加工物にブローアップが発
生することを防止できるようにしたレーザ加工装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザ光線を被加工物に照射して
切断加工を行う際に、該被加工物の温度が上昇すること
に伴って加工部分にブローアップ（溶融物が吹き上げら
れる現象）が生じる頻度が高くなることは知られてい
る。そして、従来では、上述のように切断加工中にブロ
ーアップが生じた場合には、一旦切断加工を中断し加工
部分の温度が低下した後、切断加工を再開するようにし
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来で
は、切断加工中にブローアップが発生する度に切断加工
を中断していたので、切断加工完了までに時間が掛かる
という欠点があり、しかも切断加工完了後の被加工物
は、切断加工を中断した箇所の切断面が粗雑になって加
工精度が悪くなるという欠点があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような事情に鑑み、
本発明は、レーザ光線を放射するレーザ発振器と、この
レーザ発振器から放射されたレーザ光線を被加工物に向
けて照射するフォーカスヘッドと、被加工物における加
工部分にブローアップが発生する危険性があることを検
出するブローアップ検出装置とを備え、切断加工開始前
に行なわれる被加工物に対するピアッシング孔の穿設の
際に、上記ブローアップ検出装置によってブローアップ
の危険性があることが検出されたら、当初予定していた
切断加工時におけるレーザ光線の出力を所要の値だけ低
下させ、その低下させた後の出力値のレーザ光線によっ
て被加工物に切断加工を施すレーザ加工装置を提供する
ものである。

【０００５】

【作用】このような構成によれば、ピアッシング孔を穿
設した後に、被加工物の切断加工に移行しても、切断加
工中における被加工物にブローアップが生じることを防
止することができる。これにより切断加工を中断する必
要がなく、連続的な切断加工を行うことができる。その
ため、上述した従来に比較して切断加工に要する時間を
短縮することができる。しかも、連続的な切断加工を行
うことができることにより、切断加工完了後において被
加工物の切断面が粗雑にならず、従来に比較して精度の
高い切断加工を行うことができる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明をパルス発振型のレーザ加工機
に適用した実施例について説明すると、図１において、
レーザ加工機は、レーザ光線Ｌをパルス発振するレーザ
発振器１と、このレーザ発振器１から発振されたレーザ
光線Ｌを集光する集光レンズ２を収納したフォーカスヘ
ッド３とを備えており、上記レーザ発振器１は制御装置
４によってパルス発振制御されるようになっている。上
記フォーカスヘッド３は図示しない昇降機構によって昇
降されるようになっており、またフォーカスヘッド３と
被加工物５を載置した図示しない加工テーブルとを適宜
の駆動機構によって水平面内で相互に直交する方向に相
対移動させることにより、上記被加工物５に所要のレー
ザ加工を施すことができるようになっている。上記フォ
ーカスヘッド３には光ファイバコネクタ６を取付けてあ
り、この光ファイバコネクタ６を介してこれに接続した
光ファイバ７の一端７ａをフォーカスヘッド３内に臨ま
せている。上記光ファイバ７の他端は光ファイバコネク
タ８を介してフォトダイオード９に臨ませてあり、この
フォトダイオード９によって検出光を電気信号に変換し
制御装置４に入力するようにしている。そして、上記両
コネクタ６、８と光ファイバ７およびフォトダイオード
９によって検出手段１０を構成している。したがって、
上記制御装置４によってパルス発振制御されたレーザ発
振器１からのレーザ光線Ｌは、フォーカスヘッド３の集
光レンズ２で集光されて被加工物５に照射されるように
なる。そして検出手段１０を構成するフォトダイオード
９は連続して、つまりパルス発振されるレーザ光線Ｌの
照射時と停止時ともに、レーザ光線Ｌの照射によって生
じた光を受けるようになる。このときレーザ光線Ｌの波
長は、一例として１０６００ｎｍであり、また被加工物
５の溶融部分から生じる光Ｌ２の波長は３００〜９００
ｎｍ程度であるので、例えば７００ｎｍの波長を検出で
きるフォトダイオード９を用いれば、レーザ光線Ｌを検
出することなく溶融部分から生じる光Ｌ２のみを検出す
ることができる。なお、被加工物５の溶融部分から生じ
る光Ｌ２は光量が弱く、被加工物５より直接受光するよ
りも、集光レンズ２により反射された溶融光を、光ファ
イバ７の一端７ａの先端面を集光レンズ２に向け斜め上
方に傾斜させ受光した方が検出光量が増加し、また塵埃
等による損傷も防止できる。

【０００７】次に、制御装置４は、ピアッシングが終了
したことを判定するピアッシング判定部４Ａと、被加工
物５の切断加工中に切断不良が生じたことを判定する切
断不良判定部４Ｂと、レーザ加工中にブローアップが発
生する危険性があることを判定するブローアップ判定部
４Ｃと、さらに上記検出手段１０の機能の良否を判定す
る検出器機能判定部４Ｄとを備えている。また、制御装
置４は、上記各判定部４Ａないし４Ｄによる判定結果を
表示する表示部４Ｅを備えている。ピアッシング判定部
４Ａは、図２に示すように、ピアッシングの終了を判定
する基準となるピアッシング終了判定光量Ａをあらかじ
め記憶している。そして、実際に被加工物５にレーザ光
線Ｌを照射してピアッシング孔を穿設する時に、上記検
出手段１０から制御装置４に入力される検出光量と、上
記ピアッシング終了判定光量Ａとを比較するようになっ
ている。より詳細には、制御装置４は、ピアッシング加
工時（ピアッシング孔の穿設時）には、ピアッシング加
工に好適な条件でレーザ発振器１をパルス発振制御さ
せ、それと同時に上記検出手段１０によって光量を検出
している。このとき制御装置４は、ピアッシング終了判
定光量Ａに対してはフォトダイオード９によって検出し
た検出光量をそのまま比較値として用いている。すなわ
ち、ピアッシングが終了して被加工物５にピアッシング
孔が穿設される前までは、レーザ光線Ｌの照射時Ｂにお
ける検出光量Ｃは大きく、上記ピアッシング終了判定光
量Ａを越えるようになる。これに対して、被加工物５に
ピアッシング孔が穿設されると、レーザ光線Ｌの照射時
Ｂにおける検出光量Ｃが小さくなって上記ピアッシング
終了判定光量Ａ以下となるので、この時にピアッシング
判定部４Ａはピアッシング終了と判定するようにしてい
る。そして、ピアッシング判定部４Ａによってピアッシ
ング終了と判定された場合には、その旨、上記表示部４
Ｅに表示されるとともに、制御装置４は、ピアッシング
終了と判定された後に直ちに、又は複数回のピアッシン
グの終了を確認した後に、上記レーザ発振器１によるピ
アッシング加工を終了するようになっている。

【０００８】次に、切断不良判定部４Ｂは、被加工物５
の切断加工中に切断不良となったことを判定するための
切断不良判定光量Ｄをあらかじめ記憶している。そし
て、切断不良判定部４Ｂは、実際に被加工物５にレーザ
光線Ｌを照射して切断加工する時に、上記検出手段１０
から制御装置４に入力される検出光量と、上記切断不良
判定光量Ｄとを比較するようになっている。つまり、図
３に示すように、制御装置４は、上記ピアッシング加工
時の場合と同様に、予め記憶した切断加工に好適な条件
でレーザ発振器１をパルス発振制御させ、それと同時に
上記検出手段１０によって光量を検出している。そし
て、切断加工時において、被加工物５がレーザ光線Ｌに
よって正常に切断されているときには、レーザ光線Ｌの
照射時Ｂにおける検出光量Ｅは小さいので、上記切断不
良判定光量Ｄを越えることはない。これに対して、被加
工物５が完全に切断されない切断不良時には、レーザ光
線Ｌの照射時Ｂにおける検出光量Ｅが大きくなって上記
切断不良判定光量Ｄ以上となるので、その時に上記切断
不良判定部４Ｂは切断不良と判定するようにしている。
そして、切断不良判定部４Ｂによって切断不良と判定し
た場合には、その旨、上記表示部４Ｅに表示されるとと
もに、制御装置４は、その後に直ちに上記レーザ発振器
１によるレーザ光線の照射を停止させる。

【０００９】次に、上記ブローアップ判定部４Ｃは、図
４に示すように、被加工物５の加工部分にブローアップ
の危険性があることを判定するためのブローアップ判定
光量Ｆをあらかじめ記憶している。そして、ブローアッ
プ判定部４Ｃは、ブローアップ判定光量Ｆに対してはレ
ーザ光線Ｌの照射時Ｂではなく、照射時Ｂの中間の照射
停止時Ｇにおける検出光量Ｈを比較値として用いてい
る。すなわち、通常はレーザ光線Ｌの照射時Ｂの中間の
照射停止時Ｇでは被加工物５の溶融物がアシストガスに
よって除去されて冷却されるので、正常な状態では、レ
ーザ光線Ｌの照射停止時Ｇにおける検出光量Ｉは小さ
く、ブローアップ判定光量Ｆを越えることはない。これ
に対して、上記溶融部分の除去が不完全となって徐々に
熱が被加工物５に蓄積されて被加工物５の温度が上昇す
ると、上記照射停止時Ｇにおける検出光量Ｉが増大す
る。上記ブローアップ判定部４Ｃは、その照射停止時Ｇ
における検出値を積分しており、その積分して得た検出
光量Ｉがブローアップ判定光量Ｆを越えたら、ブローア
ップ判定部４Ｃは、ブローアップに至る前に、ブローア
ップの危険性ありと判定する。そして、その際には、上
記表示部４Ｅによって、その旨、表示するようになって
いる。その際には制御装置４によってレーザ発振器１の
作動が一時停止されるので、被加工物５に対するレーザ
加工が中断される。そして、被加工物５の加工部分が自
然冷却されると、制御装置４によってレーザ発振器１が
作動されるので、レーザ加工が再開される。なお、上記
ブローアップの危険性は、ピアッシング加工時だけでな
く、切断加工時にも検出することができる。また、レー
ザ発振器１を連続発振制御する場合には上記実施例の場
合よりもブローアップ判定光量Ｆを大きく設定し、レー
ザ光線Ｌの照射時Ｂにおける検出光量Ｈとブローアップ
判定光量Ｆとを比較すればよい。

【００１０】ところで、図５に曲線Ｘで示すように、レ
ーザ加工中における被加工物５の加工部分の表面温度が
２００℃を越えると、加工部分にブローアップが発生す
る頻度が極端に高くなる。そして、この様にブローアッ
プが発生する頻度が極端に高くなると、レーザ加工中に
ブローアップが発生する毎に加工部分が自然冷却される
までレーザ加工を中断する必要がある。そのため、曲線
Ｙで示すように、被加工物５の表面温度が２００℃以上
では、切断加工完了後における被加工物５の切断面の粗
度が大きくなる。本実施例では、図５に示した被加工物
５の加工部分の表面温度が上昇するとブローアップの発
生頻度が高くなることを考慮した上で、上述したブロー
アップ判定部４Ｃを間接的な温度センサとして利用する
ようにしている。そして、ピアッシング加工時にブロー
アップ判定部４Ｃがブローアップ発生の危険性があるこ
とを検出したら、それに基づいて、当初予定していた切
断加工時におけるレーザ光線Ｌの出力を所要の値だけ低
下させるようにしている。すなわち、図１に示すよう
に、本実施例の制御装置４には上記ブローアップ判定部
４Ｃにカウンタ４Ｆを接続してあり、このカウンタ４Ｆ
によって、ピアッシング加工を行った時に、上記ブロー
アップ判定部４Ｃがブローアップ発生の危険性ありと判
定する回数をカウントするようにしている。また上記カ
ウンタ４Ｆには設定器４Ｇを接続してあり、この設定器
４Ｇによって設定した回数だけ、上記カウンタ４Ｆによ
ってブローアップ判定部４Ｃによる判定回数がカウント
されたら、制御装置４は、当初予定していた切断加工時
におけるレーザ光線Ｌの出力を、所要の値だけ低下させ
るようにしている。そして、上述したピアッシング加工
の完了および、切断加工用のレーザ光線Ｌの出力調整が
完了したら、その低下させた後のレーザ光線Ｌの出力値
によって被加工物５に切断加工を行うようにしている。

【００１１】このような構成によれば、ピアッシング加
工後に、被加工物５の切断加工に移行しても、レーザ光
線Ｌの出力は上述した値に低下させてあるので、切断加
工中に被加工物５の表面温度が上昇することを抑制して
ブローアップの発生を防止することができる。そのた
め、ブローアップ発生によって切断加工を中断する必要
がなく連続的な切断加工を行うことができる。したがっ
て、従来に比較して切断加工に要する時間を短縮するこ
とができる。また、切断加工完了後において被加工物５
の切断面が粗雑にならないので、従来に比較して精度の
高い切断加工を行うことができる。なお、上記実施例で
は、設定器４Ｇによって切断加工時の出力を低下させる
際のカウンタ４Ｆのカウント数を設定するようにしてい
るが、この設定器４Ｇを省略して、ピアッシング加工時
にブローアップの危険性をカウンタ４Ｆが１回カウント
した時点で、制御装置４によって、当初予定していた切
断加工時のレーザ光線Ｌの出力を所要量だけ低下させ、
その低下させた出力で切断加工を行うようにしても良
い。また、本実施例では、検出手段１０と制御装置４の
ブローアップ判定部４Ｃとによって、実質的にブローア
ップ発生の危険性を検出するブローアップ検出装置を構
成しているが次のような構成であっても良い。すなわ
ち、実質的に被加工物５の加工部分にブローアップ発生
の危険性があることを検出出来るブローアップ検出装置
であればどのような構成であっても良く、その場合に
は、該ブローアップ検出装置によってピアッシング加工
時におけるブローアップの発生の危険性を検出して制御
装置４に入力し、これに基づいて制御装置４は当初予定
していた切断加工時のレーザ光線Ｌの出力を低下させる
ようにしても良い。

【００１２】さらに本実施例では、図１に示すように、
上記検出手段１０によって検出可能な基準光Ｊを発生さ
せる基準光発生手段１３を設けてあり、基準光発生手段
１３で発生させた基準光Ｊを上記検出手段１０によって
検出できるようにしている。そして、制御装置４の検出
器機能判定部４Ｄによって、上記検出手段１０が正常に
機能しているか否かを判定するようにしている。より詳
細には、上記検出手段１０の光ファイバ７の一端７ａと
対向させて、光ファイバコネクタ１４によって光ファイ
バ１５の一端１５ａを取り付けている。この光ファイバ
１５の他端は、光ファイバコネクタ１６によって発光ダ
イオード１７に臨ませている。そして、所要時に制御装
置４から発光ダイオード１７に対して所定の波長の基準
光Ｊを発生させるようにしてあり、その時には、基準光
Ｊは光ファイバ１５の一端１５ａから検出手段１０の光
ファイバ７の一端７ａに向けて発光される。そして、検
出手段１０は、上記基準光Ｊを検出した検出光を制御装
置に入力する。他方、図６に示すように、検出器機能判
定部４Ｄは、検出手段１０によって実際に検出した基準
光Ｊの検出光量Ｊ’が、正常な範囲であると判断可能な
下限の検出機能判定光量Ｋを予め記憶している。そし
て、上記検出手段１０によって実際に検出した基準光Ｊ
の検出光量Ｊ’が上記判定光量Ｋよりも小さい場合に、
上記検出手段１０の機能が不良であると判定する様にな
っている。そのときには、その旨、上記表示部４Ｅに表
示するようにしている。したがって、本実施例では、検
出手段１０を構成する光ファイバ７の一端７ａが塵埃等
によって霞んで、光の受光機能が低下していることを容
易に検出することができる。

【００１３】上述した本実施例によれば、被加工物５に
レーザ加工を施すに当たって、ピアッシング加工の開始
から所要のレーザ加工の終了までの加工の状況をきわめ
て良好に監視することができる。しかも、基準光発生手
段１３と検出器機能判定部４Ｄとを設けたことによっ
て、検出手段１０の機能不良までも容易に検出すること
ができる。なお、上記実施例では検出手段１０は、レー
ザ光線Ｌの波長と異なる波長を有する光を検出するよう
になっているが、全ての波長の光を検出し、そこからレ
ーザ光線Ｌの波長を除去するような検出手段を用いても
よい。また、上記光ファイバ７のフォーカスヘッド３内
に臨ませた端部７ａは、被加工物５に向けて配設しても
よい。

【００１４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来に
比較して切断加工に要する時間を短縮することができる
とともに、精度の高い切断加工を行うことができるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す概略の構成図。

【図２】ピアッシングの終了を検出するための説明図。

【図３】切断不良を検出するための説明図。

【図４】ブローアップの危険性を検出するための説明
図。

【図５】ブローアップの発生頻度と被加工物の表面温度
および切断面の粗度との関係を示す図。

【図６】検出手段１０の機能の良否を検出するための説
明図。

【符号の説明】

１…レーザ発振器 ３…フォーカスヘッド ４…制御装置 ５…被加工物 ４Ｃ…ブローアップ判定部（ブローアップ検出装置） １０…検出手段（ブローアップ検出装置） Ｌ…レーザ光線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−138082（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−179374（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−361889（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−114583（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−55283（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−127196（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 26/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光線を放射するレーザ発振器と、
   このレーザ発振器から放射されたレーザ光線を被加工物
   に向けて照射するフォーカスヘッドと、被加工物におけ
   る加工部分にブローアップが発生する危険性があること
   を検出するブローアップ検出装置とを備え、 切断加工開始前に行なわれる被加工物に対するピアッシ
   ング孔の穿設の際に、上記ブローアップ検出装置によっ
   てブローアップの危険性があることが検出されたら、当
   初予定していた切断加工時におけるレーザ光線の出力を
   所要の値だけ低下させ、その低下させた後の出力値のレ
   ーザ光線によって被加工物に切断加工を施すことを特徴
   とするレーザ加工装置。
2. 【請求項２】 レーザ光線の出力が、上記ブローアップ
   検出装置によるブローアップの危険性の検出頻度に応じ
   て低下されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ
   加工装置。